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Dokumentenidentifikation DE102005007038A1 17.08.2006
Titel Werkstückspindelstock
Anmelder Alfred H. Schütte GmbH & Co. KG, 51105 Köln, DE
Erfinder Saxler, Wilfried, Dr.-Ing., 50321 Brühl, DE;
Kopp, Viktor, Dipl.-Ing., 50374 Erftstadt, DE;
Rothenaicher, Stefan, 87746 Erkheim, DE
Vertreter Patentanwälte Gesthuysen, von Rohr & Eggert, 45128 Essen
DE-Anmeldedatum 15.02.2005
DE-Aktenzeichen 102005007038
Offenlegungstag 17.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.08.2006
IPC-Hauptklasse B24B 41/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B23B 19/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückspindelstock für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Schleifmaschine, mit einer Spindel (6), mit einer an die Spindel (6) angekuppelten Spanneinrichtung (7) für die Einspannung eines zu bearbeitenden Werkstücks (8) und mit einem Spindelantrieb (9), wobei zwischen zwei Abschnitten der Spindel (6), zwischen der Spindel (6) und der Spanneinrichtung (7) oder zwischen zwei Abschnitten der Spanneinrichtung (7) eine lösbare Ausrichtschnittstelle (14) vorgesehen ist, wobei bei gelöster Ausrichtschnittstelle (14) und bei im übrigen feststehendem Werkstückspindelstock (1) die Spanneinrichtung (7) und damit das eingespannte Werkstück (8) in einer senkrecht zur Spindelachse (6) angeordneten Ebene ausrichtbar und dadurch ein ggf. vorhandener Versatz der Werkstückachse (17) gegenüber der Spindelachse (15) - Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) - aufhebbar ist und wobei für das Ausrichten der Spanneinrichtung (7) eine Stelleinrichtung (18) vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, daß die Stelleinrichtung (18) separat von der Spanneinrichtung (7) und der Spindel (6) ausgestaltet ist und einen Stellantrieb (19) aufweist, daß die Spanneinrichtung (7) mittels des Stellantriebs (19) motorisch ausrichtbar ist, daß eine Sensoranordnung (20) vorgesehen ist, aus deren Sensormeßwerten die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) ermittelbar ist, daß eine mit dem Stellantrieb (19) einerseits und mit der Sensoranordnung (20) ...

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkstückspindelstock mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.

Der Begriff "Werkstückspindelstock" ist vorliegend umfassend zu verstehen. Er findet Anwendung in allen Arten von Werkzeugmaschinen mit rotierendem Werkzeug, beispielsweise bei Rundschleifmaschinen und Drehmaschinen. Der Begriff "Spindel" ist im folgenden grundsätzlich auf die Werkstückspindel des Werkstückspindelstocks bezogen.

Für die erreichbare Bearbeitungsgenauigkeit der in Rede stehenden Werkzeugmaschine ist die Rundlaufgenauigkeit des eingespannten Werkstücks von besonderer Bedeutung. Zu einer ungewünschten Reduzierung der Rundlaufgenauigkeit trägt einerseits eine ggf. vorhandene Winkligkeit der Werkstückachse gegenüber der Spindelachse und ein ggf. vorhandener Versatz der Werkstückachse gegenüber der Spindelachse bei. Dieser Versatz wird auch als Exzentrizität des eingespannten Werkstücks bezeichnet. Gegenstand der vorliegenden Ausführungen ist ausschließlich die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks.

Der bekannte Werkstückspindelstock (WO 2004/007128 A1), von dem die vorliegende Erfindung ausgeht, ist mit einer Spindel und einer an die Spindel angekuppelten, als Zangenspannfutter ausgestalteten Spanneinrichtung ausgestattet. Das Zangenspannfutter ist über eine Flanschverbindung durch Spannschrauben mit der Spindel verbunden. Um eine ggf. vorhandene Exzentrizität des Werkstücks im Wege des Ausrichtens aufheben zu können, sind an dem Zangenspannfutter umlaufend Stellschrauben vorgesehen, die sich jeweils radial an der Spindel abstützen. Für das Ausrichten werden die Spannschrauben der Flanschverbindung etwas gelöst, so daß durch eine entsprechende Betätigung der Stellschrauben ein radiales Verschieben des Zangenspannfutters gegenüber der Spindel möglich ist. Die Flanschverbindung stellt also gleichzeitig eine Ausrichtschnittstelle dar, die das Ausrichten der Spanneinrichtung ermöglicht. Zusätzlich ist eine vergleichbare Anordnung zwischen zwei Abschnitten des Zangenspannfutters vorgesehen, die dem Feinausrichten hinsichtlich der Exzentrizität des später eingespannten Werkstücks dient.

Nachteilig bei dem bekannten Werkstückspindelstock ist die Tatsache, daß das Ausrichten der Spanneinrichtung hinsichtlich der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks mit erheblichem Zeitaufwand verbunden ist und vom Bediener ein hohes Maß an Geschicklichkeit verlangt. Ein reproduzierbares Ausrichten ist mit einer derartigen, auf radialen Stellschrauben basierenden Stelleinrichtung nicht möglich.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Werkstückspindelstocks besteht darin, daß die Stelleinrichtung in die Spanneinrichtung integriert ist. Dies führt zu einem Mehraufwand bei der Herstellung der Spanneinrichtung und zu konstruktiven Beschränkungen bei der Realisierung der Stelleinrichtung wegen des eingeschränkten Bauraums. Sofern der Werkstückspindelstock mit mehreren Spanneinrichtungen betrieben werden soll, ist jede einwechselbare Spanneinrichtung mit einer entsprechenden Stelleinrichtung auszustatten. Ferner sind mit einer derartig angeordneten Stelleinrichtung grundsätzlich Unwuchten verbunden, die die Werkstückbearbeitung ungünstig beeinflussen können.

Ein ähnliches Konzept zum Ausrichten der Spanneinrichtung eines Werkzeugs zeigt die EP 0 882 535 A1. Hier sind zwei Abschnitte der Spanneinrichtung wiederum über eine Flanschverbindung durch Spannschrauben miteinander verbunden. Das Ausrichten der Spanneinrichtung hinsichtlich der Exzentrizität des Werkzeugs erfolgt durch teilweises Lösen der Spannschrauben und Ansetzen eines speziellen Stellwerkzeugs an die Spanneinrichtung. Mittels des Stellwerkzeugs lassen sich die beiden Abschnitte der Spanneinrichtung in einer hinsichtlich der Spindelachse radialen Richtung gegeneinander verschieben. Wie bei dem oben beschriebenen Werkstückspindelstock hängt der Erfolg beim Ausrichten wesentlich von der Geschicklichkeit des Bedieners ab.

Weiter sind Möglichkeiten zur gezielten Einstellung der Exzentrizität bei Drehmaschinen bekannt, um Werkstücke mit exzentrischen Abschnitten bearbeiten zu können. Die Exzentrizität des Werkstücks läßt sich hier dadurch einstellen, daß zwei über eine Ausrichtschnittstelle gekoppelte Abschnitte der Spanneinrichtung gegeneinander hinsichtlich der Spindelachse verdrehbar sind. Dies wird durch die Drehung der Spindel mittels des Spindelantriebs, und damit des einen Abschnitts der Spanneinrichtung, erreicht, wobei gleichzeitig ein feststehender Dorn den anderen Abschnitt der Spanneinrichtung drehfest fixiert. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei gelöster Spanneinrichtung auch die Ausrichtschnittstelle gelöst ist und die Verdrehung der beiden Abschnitte der Spanneinrichtung gegeneinander möglich ist. Bei der Einstellung der Exzentrizität kommt dem Dorn zusätzlich die Aufgabe zu, durch dessen axiale Kraftwirkung auf die Spanneinrichtung eine hinreichende Haltekraft auf das Werkstück sicherzustellen.

Nachteilig bei dem oben genannten Werkstückspindelstock ist wiederum die Tatsache, daß die Stelleinrichtung für das Ausrichten der Spanneinrichtung in die Spanneinrichtung integriert ist. Ferner ist die mit dieser Stelleinrichtung erreichbare Rundlaufgenauigkeit begrenzt.

Ein weiterer bekannter Werkstückspindelstock einer Werkzeugmaschine (DE 89 15 435 U1) ist mit einer Spanneinrichtung ausgestattet, die eine senkrecht zur Spindelachse frei verschiebliche Werkstückaufnahme aufweist. Vor der Werkstückaufnahme sind zur Führung des Werkstücks zwei axial fluchtende Setzstöcke angeordnet. Nachteilig ist hier die Tatsache, daß der konstruktive Aufwand zur Realisierung der Spanneinrichtung vergleichsweise hoch ist. Ferner ist eine zusätzliche Stützeinrichtung erforderlich, um beim Werkstückwechsel ein gravitationsbedingtes Absenken der Werkstückaufnahme zu verhindern.

Ein grundsätzlich ähnliches Konzept zeigt der in der EP 1 419 852 A1 dargestellte Werkstückspindelstock, der über eine hydrostatische Spindellagerung verfügt. Das vordere, der Spanneinrichtung zugewandte Spindellager ist derart eingestellt, daß es ein größeres radiales Lagerspiel als das hintere Spindellager aufweist. Die Führung des Werkstücks wird hier wiederum durch einen vor der Werkstückaufnahme angeordneten Setzstock gewährleistet.

Schließlich darf noch darauf hingewiesen werden, daß eine ggf. vorhandene Exzentrizität des eingespannten Werkstücks auch steuerungstechnisch ausgeglichen werden kann (DE 198 82 642 T1). Insbesondere bei der Bearbeitung von Werkstücken mit kleinen Abmessungen stellt diese Variante allerdings extreme Anforderungen an die Antriebstechnik der Werkzeugmaschine.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, den bekannten Werkstückspindelstock derart auszugestalten und weiterzubilden, daß das Ausrichten der Spanneinrichtung mit hoher Präzision und gleichzeitig hoher Reproduzierbarkeit bei minimalem konstruktivem Aufwand gewährleistet ist.

Das obige Problem wird bei einem Werkstückspindelstock mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.

Zunächst ist wesentlich, daß die Stelleinrichtung mit einem Stellantrieb ausgestattet ist, so daß mittels des Stellantriebs ein motorisches Ausrichten der Spanneinrichtung möglich ist. Ferner ist eine Sensoranordnung vorgesehen, aus deren Sensormeßwerten die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks ermittelbar ist. Schließlich stellt die Ausrichtsteuerung eine steuerungstechnische Kopplung zu dem Stellantrieb und zu der Sensoranordnung her und bildet zusammen mit diesen beiden Komponenten einen geschlossenen Regelkreis.

Der obige Regelkreis bildet die Voraussetzung für ein automatisiertes Ausrichten der Spanneinrichtung. Hierdurch ist grundsätzlich ein präzises und reproduzierbares Ausrichten möglich, ohne auf die Geschicklichkeit eines Bedieners angewiesen zu sein.

In konstruktiver Hinsicht ist die vorschlagsgemäße Lösung insofern besonders vorteilhaft, als die Stelleinrichtung separat von der Spanneinrichtung und der Spindel ausgestaltet ist, so daß sich bei der Realisierung der Stelleinrichtung, insbesondere des Stellantriebs, kaum konstruktive Beschränkungen ergeben.

Einen zusätzlichen Automatisierungsgrad liefert die bevorzugte Ausgestaltung gemäß Anspruch 3, bei der die Ausrichtsteuerung vor dem Ausrichten zunächst die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks mittels der Sensoranordnung ermittelt und das Werkstück anschließend mittels des Spindelantriebs derart positioniert, daß sich das motorische Ausrichten idealerweise auf eine einzige geregelte Stellbewegung des Stellantriebs in seiner Wirkrichtung reduziert.

Die Exzentrizität des Werkstücks läßt sich gemäß Anspruch 4 in einfacher Weise durch die Messung der hinsichtlich der Spindelachse radialen Erstreckung des eingespannten Werkstücks bei unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen – und damit Werkstückpositionen – und bei feststehender Sensoranordnung und Meßrichtung ermitteln. Wenn das Werkstück eine durchgehende zylindrische Außenfläche aufweist, dann können die Meß-Spindelpositionen weitgehend beliebig gewählt werden. Dadurch läßt sich die Exzentrizität mit minimalem Aufwand ermitteln.

Schwieriger gestaltet sich die Ermittlung der Exzentrizität bei Werkstücken wie beispielsweise nachzuschleifenden Bohrern, Fräsern o. dgl., bei denen keine durchgehende zylindrische Außenfläche vorliegt. Die für die Ermittlung der Exzentrizität erforderlichen Messungen sind hier an ganz bestimmten Meßpunkten am Werkstück, am Beispiel eines Bohrers vorzugsweise an den Nebenschneiden des Bohrers oder am Beispiel eines Fräsers vorzugsweise an den Zähnen des Fräsers, insbesondere an der jeweiligen Schneide, durchzuführen.

In bevorzugter Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 ist es vorgesehen, daß mittels der Sensoranordnung zunächst die Lage beispielsweise der Nebenschneiden eines eingespannten Bohrers oder der Zähne eines eingespannten Fräsers ermittelt wird, um die für die Ermittlung der Exzentrizität erforderlichen Messungen dann an den jeweils optimalen Meßpunkten durchführen zu können.

Gemäß Anspruch 7 ist es vorgesehen, daß der Ausrichtsteuerung eine Datenbank mit den Geometriedaten des jeweils eingespannten Werkstücks zugeordnet ist, so daß die Lage der oben beschriebenen, speziellen Meßpunkte leicht ermittelt werden kann.

Die bevorzugten Ausgestaltungen gemäß Anspruch 9, 10 und 11 zeigen eine konstruktiv einfache Variante für die Realisierung des Stellantriebs. Insbesondere die Ausgestaltung gemäß Anspruch 9 ist insofern vorteilhaft, als der beim Ausrichten entstehende Kraftfluß lediglich über die Ausrichtschnittstelle und über den Stellantrieb, und nicht über die Spindellager o. dgl. führt.

Je nach gewünschtem Automatisierungsgrad kann es vorgesehen sein, daß die Ausrichtschnittstelle vor dem automatischen Ausrichten manuell gelöst wird. In bevorzugter Ausgestaltung gemäß Anspruch 12 ist die Ausrichtschnittstelle aber mittels eines Schnittstellenantriebs motorisch lösbar und wieder festlegbar, so daß der gesamte Ausrichtvorgang nunmehr vollautomatisch durchführbar ist.

Die bevorzugten Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 13 bis 18 zeigen eine besonders kompakte Variante für eine Ausrichtschnittstelle, die mittels eines Schnittstellenantriebs lösbar bzw. festlegbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt

1 eine Schleifmaschine mit einem vorschlagsgemäßen Werkstückspindelstock in einer Vorderansicht,

2 den Werkstückspindelstock gemäß 1 in einer Schnittdarstellung,

3 die Schleifmaschine gemäß 1 bei um 90° gedrehter C-Achse und

4 in schematischer Darstellung die exzentrische Einspannung eines Werkstücks a) während der Ermittlung der Exzentrizität und b) bei in der Ausrichtposition befindlichem Werkstück.

Die in 1 gezeigte Werkzeugmaschine ist eine fünfachsige Schleifmaschine. Dies ist nicht beschränkend zu verstehen, vielmehr ist die erfindungsgemäße Lösung auf alle Werkzeugmaschinen mit rotierendem Werkstück anwendbar.

Dargestellt sind in 1 die Komponenten Werkstückspindelstock 1, Schleifspindelstock 2 mit Schleifwerkzeug 3, Ständer 4 und Maschinenbett 5. Die fünf Achsen der Schleifmaschine sind in 1 durch Pfeile dargestellt.

Der Werkstückspindelstock 1 ist mit einer Spindel 6 und einer an die Spindel 6 angekuppelten Spanneinrichtung 7 für die Einspannung eines zu bearbeitenden Werkstücks 8 sowie mit einem Spindelantrieb 9 ausgestattet. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Spindelantrieb 9 als Direktantrieb ausgeführt. Hier sind auch andere Varianten denkbar. Die Spindel 6 ist in üblicher Weise in einem Spindelkasten 10 über ein vorderes Spindellager 11 und ein hinteres Spindellager 12 gelagert.

Zwischen der Spindel 6 und der Spanneinrichtung 7, hier zwischen dem Spindelkopf 13 und der Spanneinrichtung 7, ist eine lösbare Ausrichtschnittstelle 14 vorgesehen, die im gelösten Zustand bei im übrigen feststehendem Werkstückspindelstock 1 das Ausrichten der Spanneinrichtung 7, und damit des eingespannten Werkstücks 8, in einer senkrecht zur Spindelachse 15 ausgerichteten Ebene 16 erlaubt. Die konstruktive Ausgestaltung der Ausrichtschnittstelle 14 wird weiter unten noch ausführlich erläutert. Wesentlich ist zunächst nur, daß die Ausrichtschnittstelle 14 im gelösten Zustand einen zusätzlichen Bewegungs-Freiheitsgrad der Spanneinrichtung 7 gegenüber dem Spindelkopf 10 in der Ebene 16 erlaubt.

Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ausrichtschnittstelle 14 gleichzeitig die ohnehin vorhandene Kupplung zwischen der Spanneinrichtung 7 und dem Spindelkopf 13. Grundsätzlich kann es aber auch vorgesehen sein, daß die Ausrichtschnittstelle 14 zwischen zwei Abschnitten der Spindel 6 oder zwischen zwei Abschnitten der Spanneinrichtung 7, beispielsweise in Form eines Zwischenflansches, angeordnet ist.

Für das Ausrichten der Spanneinrichtung 7 ist eine separat von der Spanneinrichtung 7 und der Spindel 6 ausgestaltete Stelleinrichtung 18 vorgesehen, die einen Stellantrieb 19 aufweist. Die Spanneinrichtung 7 ist mittels des Stellantriebs 19 motorisch ausrichtbar. Es läßt sich 2 entnehmen, daß die obige separate Ausgestaltung der Stelleinrichtung 18, hier also des Stellantriebs 19, für die konstruktive Ausgestaltung ganz besondere Vorteile hat. Es ist nämlich weder eine besonders hohe Kompaktheit erforderlich noch sind ggf. entstehende Unwuchten zu berücksichtigen, da der Stellantrieb 19 ortsfest angeordnet ist. Die konstruktive Ausgestaltung des Stellantriebs 19 wird weiter unten noch näher erläutert. Wesentlich ist zunächst nur, daß der Stellantrieb 19 das motorische Ausrichten der Spanneinrichtung 7 erlaubt.

Es ist ferner eine Sensoranordnung 20 vorgesehen, aus deren Sensormeßwerten die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 ermittelbar ist. Auch auf mögliche Ausgestaltungen der Sensoranordnung 20 wird noch näher eingegangen.

Schließlich ist eine Ausrichtsteuerung 21 vorgesehen, die mit dem Stellantrieb 19 einerseits und mit der Sensoranordnung 20 andererseits steuerungstechnisch gekoppelt ist. Die Ausrichtsteuerung 21 ist in 2 lediglich schematisch dargestellt.

Wesentlich ist nun, daß die Ausrichtsteuerung 21 zum Ausrichten der Spanneinrichtung 7 den Stellantrieb 19 in Abhängigkeit von den Sensormeßwerten der Sensoranordnung 20 ansteuert und dabei zusammen mit dem Stellantrieb 19 und der Sensoranordnung 20 einen geschlossenen Regelkreis bildet. Das Stellglied dieses Regelkreises ist der Stellantrieb 19. Die Rückkopplung erfolgt über die Sensoranordnung 20. Der für den Regelkreis notwendige Regler wird über die Ausrichtsteuerung 21 bereitgestellt. Hier kann es sich beispielsweise um einen P-, um einen PI-, um einen PID-Regler o. dgl. handeln.

In bevorzugter Ausgestaltung weist die Sensoranordnung 20 einen Entfernungssensor 20a auf, über den bei entsprechender Sensorposition die hinsichtlich der Spindelachse 15 radiale Erstreckung des eingespannten Werkstücks 8 meßbar ist. Die Meßrichtung 22 des Entfernungssensors 20a ist dann eine hinsichtlich der Spindelachse 15 radiale Richtung. Die Meßrichtung 22 ist in 4a) schematisch dargestellt. Für den Entfernungssensor 20a sind eine Reihe von vorteilhaften Varianten denkbar. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um einen induktiven oder kapazitiven Sensor. Grundsätzlich können aber auch optische Sensoren, beispielsweise ein Laser-Entfernungssensor Anwendung finden. Schließlich ist auch der Einsatz tastender, insbesondere berührender Sensoren denkbar.

Beim Ausrichten der Spanneinrichtung 7 ist die Sensoranordnung 20, insbesondere der Entfernungssensor 20a, derart positioniert, daß die Meßrichtung 22 des Entfernungssensors 20a der Wirkrichtung 23 des Stellantriebs 19 entgegengerichtet ist (4b)). Damit ist gewährleistet, daß eine durch den Stellantrieb 19 bewirkte Ausrichtbewegung mittels des Entfernungssensors 20a direkt meßbar ist. Bei geeigneter Auslegung kann auf geometrische Berechnungen zur Ermittlung der vollzogenen Ausrichtbewegung vollständig verzichtet werden, was die Regelung vereinfacht und gleichzeitig beschleunigt. Der gleiche Vorteil läßt sich auch erreichen, wenn beim Ausrichten der Spanneinrichtung 7 die Meßrichtung 22 des Entfernungssensors 20a zu der Wirkrichtung 23 des Stellantriebs 19 gleichgerichtet ist.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Ausrichtsteuerung 21 vor dem Ausrichten der Spanneinrichtung 7 die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 mittels der Sensoranordnung 20 ermittelt. Die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 läßt sich u.a. durch den Exzentrizitätsvektor 24 beschreiben. Der Exzentrizitätsvektor 24 ist der senkrecht zur Spindelachse 15 ausgerichtete Vektor des Versatzes der Werkstückachse 17 gegenüber der Spindelachse 15. Dabei wird davon ausgegangen, daß keine Winkligkeit der Werkstückachse 17 gegenüber der Spindelachse 15 vorliegt. 4a zeigt den Exzentrizitätsvektor 24 in der vergrößerten Darstellung beispielhaft.

Nach der Ermittlung der Exzentrizität positioniert die Ausrichtssteuerung 21 das eingespannte Werkstück 8 mittels des Spindelantriebs 9 vorzugsweise derart, daß der Exzentrizitätsvektor 24 der Wirkrichtung 23 des Stellantriebs 19 entgegengerichtet ist. Diesen Zustand zeigt 4 b).

Die Ausrichtsteuerung 21 steuert den Stellantrieb 19 nunmehr an, bis von der Sensoranordnung 20 eine radiale Ausrichtbewegung des eingespannten Werkstücks 8 um den Betrag der zuvor ermittelten Exzentrizität gemessen wurde. Hierbei kommen je nach Anwendungsfall die oben beschriebenen Reglerausführungen zur Anwendung.

Die Ermittlung der Exzentrizität des Werkstücks 8 mittels der oben beschriebenen Sensoranordnung 20 mit Entfernungssensor 20a ist auf besonders einfache und fehlerrobuste Weise möglich. In bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Ausrichtsteuerung 21 zur Ermittlung der Exzentrizität des Werkstücks 8 mittels der Sensoranordnung 20 bei fester Sensorposition und bei fester Meßrichtung die hinsichtlich der Spindelachse 15 radiale Erstreckung des eingespannten Werkstücks 8 bei unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen – und damit Werkstückpositionen – mißt. Bei einem ideal zylindrischen Werkstück und ansonsten unbekannter Werkstückgeometrie sind bei diesem Verfahren genau drei Messungen bei jeweils unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen erforderlich. Aus den drei Messungen läßt sich ein Umfangskreis ermitteln, dessen Mittelpunkt auf der Werkstückachse 17 liegt. Die Meß-Spindelpositionen sind vorzugsweise um 120° voneinander beabstandet. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß mehrere Messungen durchgeführt werden, um ggf. vorhandene Meßfehler ausgleichen zu können.

Schwieriger gestaltet sich die Ermittlung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 dann, wenn es sich bei dem Werkstück 8 nicht um ein ideal zylindrisches Werkstück handelt, beispielsweise um einen nachzuschleifenden Bohrer oder Fräser. Dies wurde weiter oben erläutert. Um hier die entsprechenden Meßpositionen am Werkstück 8 und im Ergebnis die entsprechenden Meß-Spindelpositionen ermitteln zu können, ist es vorzugsweise vorgesehen, daß mittels der Sensoranordnung 20 die Lage vorbestimmter Merkmale des eingespannten Werkstücks 8 ermittelbar ist. Derartige Merkmale sind beispielsweise die Drallnut eines Bohrers oder die Schneide eines Fräsers. Die Ausrichtsteuerung 21 ermittelt dann die Meß-Spindelpositionen, so daß die Messungen zur Ermittlung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 wie oben beschrieben durchgeführt werden können.

Vorzugsweise weist die Sensoranordnung 20 für die Ermittlung der Merkmale des eingespannten Werkstücks 8 zusätzlich einen Meßtaster 20b auf, der zusätzlich zur Ermittlung der radialen Erstreckung des Werkstücks 8 dienen kann. Grundsätzlich kann hierfür aber auch der Entfernungssensor 20a Anwendung finden.

Die für den Betrieb des Meßtasters 20a erforderliche Relativbewegung zwischen Meßtaster 20a und Werkstück 8 kann dadurch realisiert sein, daß die Sensoranordnung 20 in ihrer Position – Sensorposition – verstellbar ist. Bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsform ist die Sensoranordnung 20 am Schleifspindelstock 2 angeordnet. Dadurch läßt sich die Sensoranordnung 20 durch die in 1 dargestellten Achsen C, Z und Y in ihrer Position verstellen. Zusätzlich ist bei den Messungen auch die Verstellung der X-Achse der Schleifmaschine nutzbar.

Für die Ermittlung der Lage der vorbestimmten Merkmale des Werkstücks 8 sind verschiedene Vorgehensweisen denkbar. Beispielsweise kann es vorgesehen werden, daß der Bediener Daten wie die Zähnezahl und die Abmessungen eines Fräsers in die Ausrichtsteuerung 21 eingibt und daß die Ausrichtsteuerung 21 basierend auf diesen Daten die Ermittlung der Lage der entsprechenden Zähne o. dgl. sowie die Ermittlung der Exzentrizität vornimmt.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Ausrichtsteuerung 21 jedoch eine Datenbank 25 zugeordnet, die die wesentlichen Geometriedaten des eingespannten Werkstücks 8 enthält. Vor der Ermittlung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 lädt die Ausrichtsteuerung 21 die entsprechenden Geometriedaten des eingespannten Werkstücks 8, beispielsweise wiederum basierend auf einer Bedienereingabe oder basierend auf Auftragsinformationen von einem Leitstand o. dgl.. Anschließend nimmt die Ausrichtsteuerung 21 wie oben die entsprechenden Messungen vor.

Bei der oben beschriebenen Ermittlung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 ist zu berücksichtigen, daß nicht nur die Spindel 15 jeweils in eine Meß-Spindelposition zu bringen ist, sondern daß die Sensoranordnung 20 auch in axialer Richtung entsprechend auf das Werkstück 8 auszurichten ist. Bei dem dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt diese Ausrichtung basierend auf der ggf. ermittelten axialen Erstreckung des Werkstücks 8 oder aber basierend auf der ggf. ermittelten Lage der jeweiligen Merkmale des Werkstücks 8 mittels der X-Achse der Schleifmaschine.

Durch die Verstellbarkeit des Werkstücks 8 in der X-Achse, also entlang der Spindelachse 15, kann die Messung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 auch mehrfach an unterschiedlichen axialen Positionen vorgenommen werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Messung der Exzentrizität an zumindest zwei axialen Positionen vorgenommen wird, beispielsweise um zu ermitteln, ob neben der Exzentrizität auch eine Winkligkeit der Werkstückachse 17 gegenüber der Spindelachse 15 vorliegt. Sofern die Ausrichtsteuerung 21 eine Winkligkeit der Werkstückachse 17 gegenüber der Spindelachse 15 ermittelt, durchläuft die Ausrichtsteuerung 21 automatisch eine Fehlerroutine.

Bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsform ist die Wirkrichtung 23 des Stellantriebs 19 eine hinsichtlich der Spindelachse 15 radiale Richtung. Dies läßt sich insbesondere den schematischen Darstellungen in 4 entnehmen. Eine derartige radiale Wirkrichtung führt beim Ausrichten der Spanneinrichtung 7 zu einer insgesamt besonders einfachen Vorgehensweise, da die Exzentrizität, wie oben beschrieben, mit einer einzigen Stellbewegung des Stellantriebs 19 aufhebbar ist.

Nach Abschluß des Ausrichtens der Spanneinrichtung 7 ist es vorzugsweise vorgesehen, daß die Ausrichtsteuerung 21 nochmals die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks 8 zu Prüfzwecken ermittelt. Sollte die ggf. verbleibende Exzentrizität einen Schwellwert überschreiten, so wird der oben beschriebene Vorgang des Ausrichtens wiederholt.

Eine bevorzugte konstruktive Ausgestaltung des Stellantriebs 19 wird im folgenden anhand der in 2 dargestellten Ausführungsform erläutert.

Der Stellantrieb 19 ist hier für die Einleitung der hinsichtlich der Spindelachse 15 radialen Antriebskraft und der entsprechenden Stützkraft mit einem Stellelement 26 sowie mit einem Stützelement 27 ausgestattet. Zum Ausrichten der Spanneinrichtung 7 leitet der Stellantrieb 19 die Antriebskraft über das Stellelement 26 auf der einen Seite der Ausrichtschnittstelle 14 in die Spanneinrichtung 7 ein. Die entsprechende Stützkraft leitet der Stellantrieb 19 über das Stützelement 27 auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Ausrichtschnittstelle 14 in die Spindel 6 ein. Es ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Einleitung von Antriebskraft und Stützkraft in unmittelbarer Nähe zu der Ausrichtschnittstelle 14 erfolgt. Hierdurch ist ein geschlossener Kraftfluß realisiert, der lediglich über den Stellantrieb 19 und über den unmittelbar zu der Ausrichtschnittstelle 14 benachbarten Bereich sowie über die Ausrichtschnisttelle 14, nicht jedoch über das vordere Spindellager 11 verläuft, so daß das vordere Spindellager 11 durch das Ausrichten der Spanneinrichtung 7 nicht belastet wird.

Während der Bearbeitung des Werkstücks 8 steht der Stellantrieb 19, insbesondere das Stellelement 26 und das Stützelement 27, außer Eingriff von der Spindel 6 und der Spanneinrichtung 7. Erst bei Betätigung des Stellantriebs 19 kommen das Stellelement 26 und das Stützelement 27 in kraftschlüssigen Eingriff mit den entsprechenden Komponenten. Hierfür ist eine besondere Ausgestaltung des Antriebsgehäuses 28 des Stellantriebs 19 vorgesehen.

Das Antriebsgehäuse 28 ist mit dem Stützelement 27 verbunden und hinsichtlich der Spindelachse 15 geringfügig radial verlagerbar. Die Verlagerbarkeit des Antriebsgehäuses 28 ergibt sich dadurch, daß das Antriebsgehäuse 28 über eine vergleichsweise dünnwandige Verbindung 29 mit dem Spindelkasten 10 gekoppelt ist. Durch eine elastische Verformung der Verbindung 29 läßt sich das Antriebsgehäuse 28 entsprechend verlagern. Bei nicht betätigtem Stellantrieb 19 befindet sich das Antriebsgehäuse 28 in der in 2 dargestellten Ruhestellung, in der das Stützelement 27 außer Eingriff von der Spindel 6 und der Spanneinrichtung 7 steht. Bei betätigtem Stellantrieb 19 kommt das Stellelement 26 auf der einen Seite der Ausrichtschnittstelle 14 in kraftschlüssigen Eingriff mit der Spanneinrichtung 7. Dadurch wird das Antriebsgehäuse 28 in 2 nach unten gedrückt und radial verlagert, so daß das Stützelement 27 in entsprechenden kraftschlüssigen Eingriff auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Ausrichtschnittstelle 14 mit der Spindel 6 in Eingriff kommt.

Es darf darauf hingewiesen werden, daß die Ausrichtschnittstelle 14 grundsätzlich auch zwischen zwei Abschnitten der Spindel 6 angeordnet sein kann, so daß dann die Einleitung sowohl der Antriebskraft als auch der Stützkraft auf beiden Seiten der Ausrichtschnittstelle 14 in die Spindel 6 vorgesehen ist. Entsprechendes gilt, wenn die Ausrichtschnittstelle 14 zwischen zwei Abschnitten der Spanneinrichtung 7 angeordnet ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, eine Auslenkung des Stellelements 26 gegenüber dem Antriebsgehäuse 28 zu realisieren. Bei dem in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es so, daß der Stellantrieb 19 ein Keilgetriebe 30 aufweist. Hierfür ist das Stellelement 26 mit einer Keilfläche 31 ausgestattet, die zu einer Keilfläche 32 eines Antriebskeils 33 korrespondiert. Eine lineare, hier hinsichtlich der Spindelachse 15 koaxiale Verstellung des Antriebskeils 33 bewirkt eine korrespondierende, hinsichtlich der Spindelachse 15 radiale Verstellung des Stellelements 26 gegenüber. dem Antriebsgehäuse 28. Der Antriebskeil 33 ist entsprechend im Antriebsgehäuse 28 geführt. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Antriebskeil 33 durch eine Antriebsspindel 34 über eine Spindel-Spindelmutterübersetzung 35 axial verstellbar. Die Antriebsspindel 34 ist über eine Balgkupplung 36 mit einem hochgenauen Antriebsmotor 19a gekuppelt.

Interessant ist bei der beschriebenen Ausgestaltung des Stellantriebs 19 die Tatsache, daß die Verlagerbarkeit des Antriebsgehäuses 28 der Erzeugung einer besonders genauen Stellbewegung des Stellelements 26 hinsichtlich des Ausrichtens der Spanneinrichtung 7 nicht entgegensteht. Die Verbindung 29 des Antriebsgehäuses 28 zum Spindelkasten 10 ist nämlich durchaus geeignet, die über die Antriebsspindel 34 übertragene Antriebskraft des Antriebsmotors 19a, die in der Verbindung 29 ausschließlich eine Zugbelastung erzeugt, ohne nennenswerte Verformung aufzunehmen.

Es wurde weiter oben bereits darauf hingewiesen, daß die Ausrichtung der Spanneinrichtung 7 nur bei gelöster Ausrichtschnittstelle 14 möglich ist. Grundsätzlich kann das Lösen der Ausrichtschnittstelle 14 manuell vorgesehen sein. In besonders bevorzugter Ausgestaltung, die das vollautomatische Ausrichten der Spanneinrichtung 7 ermöglicht, ist jedoch ein Schnittstellenantrieb 37 vorgesehen, wobei die Ausrichtschnittstelle 14 mittels des Schnittstellenantriebs 37 motorisch lösbar und wieder festlegbar ist. Vorzugsweise ist die Ausrichtssteuerung 21 steuerungstechnisch mit dem Schnittstellenantrieb 37 gekoppelt und löst die Ausrichtschnittstelle 14 vor dem Ausrichten automatisch und legt die Ausrichtschnittstelle 14 nach dem Ausrichten automatisch wieder fest.

Eine besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung der Ausrichtschnittstelle 14 wird im folgenden erläutert.

Die in 2 dargestellte Ausrichtschnittstelle 14 weist einen spindelseitigen Flansch 38 und einen korrespondierenden werkstückseitigen Flansch 39 auf. Beide Flansche 38, 39 sind jeweils mit einer senkrecht zur Spindelachse 15 ausgerichteten Stirnfläche 40, 41 ausgestattet, wobei die beiden Flansche 38, 39 über ihre Stirnflächen 40, 41 kraftschlüssig miteinander in Eingriff stehen. Hierfür sind die Stirnflächen 40, 41 der beiden Flansche 38, 39 bei festgelegter Ausrichtschnittstelle 14 mit einer Nenn-Vorspannkraft gegeneinander vorgespannt. Bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsform ist der spindelseitige Flansch 38 am Spindelkopf 13 und der werkstückseitige Flansch 39 an der Spanneinrichtung 7 angeordnet. Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Ausrichtschnittstelle 14, und damit die beiden Flansche 38, 39, auch an anderer Stelle angeordnet sein können.

In bevorzugter Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß einer der beiden Flansche 38, 39, hier der werkstückseitige Flansch 39, eine Mittenbohrung 42 und der jeweils andere Flansch, hier der spindelseitige Flansch 38, einen korrespondierenden, umlaufenden Kragen 43 aufweist. Der Kragen 43 liegt in der Mittenbohrung 42, so daß die Differenz der Durchmesser von Mittenbohrung 42 und Kragen 43 den Bewegungsbereich der Ausrichtbewegung – senkrecht zur Spindelachse 15 – begrenzt. Ein bevorzugter Wert dieser Differenz liegt bei etwa 60 &mgr;m, so daß eine Ausrichtbewegung um +/– 30 &mgr;m möglich ist.

Bei gelöster Ausrichtschnittstelle 14 ist es vorgesehen, daß die beiden Stirnflächen 40, 41 mit einer gegenüber der Nenn-Vorspannkraft reduzierten Ausricht-Vorspannkraft gegeneinander vorgespannt sind, so daß eine entsprechende Ausrichtbewegung möglich ist. Die durch die Ausricht-Vorspannkraft bewirkte Reibkraft zwischen den Stirnflächen 40, 41 der beiden Flansche 38, 39 reicht aber vorzugsweise aus, um eine selbsttätige, durch die Gewichtskraft der Spanneinrichtung 7 bewirkte Verschiebung zwischen den beiden Stirnflächen 40, 41 zu verhindern. Die Nenn-Vorspannkraft beträgt vorzugsweise etwa das drei- bis vierfache der Ausricht-Vorspannkraft.

Zur Erzeugung der Vorspannkraft zwischen den Stirnflächen 40, 41 der beiden Flansche 38, 39 ist die Spindel 6 als Hohlspindel ausgestaltet, wobei durch die Hohlspindel 6 ein mit der Spanneinrichtung 6, insbesondere mit dem werkstückseitigen Flansch 39 gekuppeltes Zugrohr 44 verschiebbar geführt ist. Am Spindelende 45 ist vorzugsweise eine Federanordnung 46 vorgesehen, die eine axiale Vorspannkraft zwischen der Spindel 6 und dem Zugrohr 44 und dadurch die Vorspannkraft zwischen den Stirnflächen 40, 41 der beiden Flansche 38, 39 bewirkt. Dies ist die oben beschriebene Nenn-Vorspannkraft. Die Federanordnung 46 ist weiter vorzugsweise eine auf der Spindel 46 am Spindelende 45 angeordnete Tellerfederanordnung 46. Die Tellerfederanordnung 46 steht bei der in 2 dargestellten Ausführungsform über die Druckmutter 47 in Eingriff mit dem Zugrohr 44 und über die Stützmutter 48 in Eingriff mit der Spindel 6.

2 läßt sich auch der grundsätzliche Aufbau des Schnittstellenantriebs 37 entnehmen. Der Schnittstellenantrieb 37 ist hier als Linearantrieb ausgestaltet, der zum Lösen der Ausrichtschnittstelle 14 eine axiale Antriebskraft in die Spindel 6 und die entsprechende Stützkraft in das Zugrohr 44 einleitet. Der Schnittstellenantrieb 37 ist mit einem Antriebsgehäuse 49 und mit einem relativ zum Antriebsgehäuse 49 auslenkbaren Antriebselement 50 ausgestattet, wobei die Krafteinleitung von Antriebskraft und Stützkraft über das Antriebselement 50 und das Antriebsgehäuse 49 erfolgt.

Während der Bearbeitung des Werkstücks 8, also bei nicht betätigtem Schnittstellenantrieb 37, steht der Schnittstellenantrieb 37, insbesondere das Antriebselement 50 und das Antriebsgehäuse 49, außer Eingriff von der Spindel 6, der Tellerfederanordnung 46 und dem Zugrohr 44. Erst bei Betätigung des Schnittstellenantriebs 37 kommt das Antriebselement 50 und das Antriebsgehäuse 49 in Eingriff mit der Druckmutter 47 und der Stützmutter 48. Hierfür ist eine spezielle Ausgestaltung des Antriebsgehäuses 49 des Schnittstellenantriebs 37 vorgesehen.

Das Antriebsgehäuse 49 des Schnittstellenantriebs 37 ist aus einer Ruhestellung heraus axial, in 2 nach links, verlagerbar, wodurch das Antriebsgehäuse 49 in antriebstechnischen Eingriff mit der Stützmutter 48 bringbar ist. Bei in der Ruhestellung befindlichem Antriebsgehäuse 49 befindet sich ein Spalt 51 zwischen dem Antriebsgehäuse 49 und der Stützmutter 48 an der Spindel 6. Entsprechend ist bei nicht betätigtem Schnittstellenantrieb 37 auch ein Spalt 52 zwischen dem Antriebselement 50 und der Druckmutter 47 vorgesehen.

In bevorzugter Ausgestaltung ist das Antriebsgehäuse 49 des Schnittstellenantriebs 37 in die Ruhestellung gegen den Spindelkasten 10 vorgespannt. Hierfür ist wiederum eine Tellerfederanordnung 53 vorgesehen. Diese Vorspannung ist nur gering und dient lediglich der Fixierung des Antriebsgehäuses 49 am Spindelkasten 10. Ferner ist bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsform das Antriebsgehäuse 49 über Zentrierhülsen 54 drehfest mit dem Spindelkasten 10 gekoppelt.

Wesentlich ist nun für den Schnittstellenantrieb 37, daß das Antriebselement 50 des Schnittstellenantriebs 37 im nicht ausgelenkten Zustand außer Eingriff von der Spindel 6, der Tellerfederanordnung 46 und dem Zugrohr 44 steht (Spalt 52), daß das Antriebselement 50 bei einer Betätigung des Schnittstellenantriebs 37 durch seine Auslenkung in kraftschlüssigen Eingriff mit dem Zugrohr 44, hier mit der Druckmutter 47 kommt und, abgestützt am Zugrohr 44, das Antriebsgehäuse 49 axial, in 2 nach links, verlagert und in kraftschlüssigen Eingriff mit der Spindel 6, hier mit der Stützmutter 48 bringt. Hierdurch ist ein im wesentlichen geschlossener Kraftfluß gewährleistet, der über den Schnittstellenantrieb 37, über die Druckmutter 47, die Tellerfederanordnung 46 und die Stützmutter 48 verläuft, so daß eine axiale Belastung der vorderen und hinteren Spindellager 11, 12 durch die Kraftwirkung des Schnittstellenantriebs 37 nicht gegeben ist.

Durch die Krafteinleitung des Schnittstellenantriebs 37 auf die Druckmutter 47 einerseits und auf die Stützmutter 48 andererseits läßt sich die Vorspannung der Stirnflächen 40, 41 der beiden Flansche 38, 39 gegeneinander auf die oben genannte Ausricht-Vorspannkraft reduzieren, so daß die Spanneinrichtung 7 in obigem Sinne ausrichtbar ist. Die Ausrichtschnittstelle 14 befindet sich dann im gelösten Zustand.

Die Auslenkung des Antriebselements 50 gegenüber dem Antriebsgehäuse 49 wird bei dem Schnittstellenantrieb 37 über einen Doppelkammer-Pneumatikantrieb erzeugt. Dabei bildet das Antriebselement 50 den Kolben und das Antriebsgehäuse 49 entsprechend den Zylinder mit zwei Druckkammern 49a. Grundsätzlich können hier aber auch andere Antriebsarten Anwendung finden.

Der Vollständigkeit halber darf noch darauf hingewiesen werden, daß in 2 links neben dem hinteren Spindellager 12 die Teilscheibe 55 eines inkrementellen Drehgebers für die Antriebsbewegung der Spindel 6 dargestellt ist. Die Ausgestaltung des Drehgebers ist hier von nur untergeordneter Bedeutung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ausrichten der Spanneinrichtung 7 bei festgelegter Spindel 6. Grundsätzlich kann es auch vorgesehen sein, während des Ausrichtens, also während der Ansteuerung des Stellantriebs 19, eine Drehung der Spindel 6 vorzusehen. Der Schnittstellenantrieb 37 wäre dann als mitdrehende Komponente auszugestalten. Das Stellelement 26 des Stellantriebs 19 wäre ggf. mit einer Rolle für den Eingriff mit der Spanneinrichtung 7 ausgestattet. Bei einer entsprechenden Auslegung des Regelkreises kann das automatische Ausrichten bei drehender Spindel 6 optimale Ergebnisse liefern.

Schließlich darf darauf hingewiesen werden, daß die vorschlagsgemäße Lösung mit allen denkbaren Arten von Spanneinrichtungen 7 betrieben werden kann. Bei der in 2 dargestellten und insoweit bevorzugten Ausgestaltung ist die Spanneinrichtung als Vorderend-Spanneinrichtung ausgestaltet. Die hierfür erforderliche Zuleitung 56 für Druckluft und ggf. für Kühlmittel ist in 2 nur schematisch angedeutet.

Auch der Wechsel der jeweils verwendeten Spanneinrichtung 7 ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen. Die Tatsache, daß der Stellantrieb 19 separat von der Spanneinrichtung 7 ausgestaltet ist, macht den vorschlagsgemäßen Werkstückspindelstock 1 besonders geeignet für den Wechsel der Spanneinrichtung 7, da nicht jede einzelne Spanneinrichtung 7 eigens mit einem entsprechenden Stellantrieb 19 ausgestattet werden muß.


Anspruch[de]
  1. Werkstückspindelstock für eine Werkzeugmaschine, insbesondere für eine Schleifmaschine, mit einer Spindel (6), mit einer an die Spindel (6) angekuppelten Spanneinrichtung (7) für die Einspannung eines zu bearbeitenden Werkstücks (8) und mit einem Spindelantrieb (9), wobei zwischen zwei Abschnitten der Spindel (6), zwischen der Spindel (6) und der Spanneinrichtung (7) oder zwischen zwei Abschnitten der Spanneinrichtung (7) eine lösbare Ausrichtschnittstelle (14) vorgesehen ist, wobei bei gelöster Ausrichtschnittstelle (14) und bei im übrigen feststehendem Werkstückspindelstock (1) die Spanneinrichtung (7), und damit das eingespannte Werkstück (8), in einer senkrecht zur Spindelachse (6) angeordneten Ebene ausrichtbar und dadurch ein ggf. vorhandener Versatz der Werkstückachse (17) gegenüber der Spindelachse (15) – Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) – aufhebbar ist und wobei für das Ausrichten der Spanneinrichtung (7) eine Stelleinrichtung (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (18) separat von der Spanneinrichtung (7) und der Spindel (6) ausgestaltet ist und einen Stellantrieb (19) aufweist, daß die Spanneinrichtung (7) mittels des Stellantriebs (19) motorisch ausrichtbar ist, daß eine Sensoranordnung (20) vorgesehen ist, aus deren Sensormeßwerten die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) ermittelbar ist, daß eine mit dem Stellantrieb (19) einerseits und mit der Sensoranordnung (20) andererseits steuerungstechnisch gekoppelte Ausrichtsteuerung (21) vorgesehen ist und daß die Ausrichtsteuerung (21) zum Ausrichten der Spanneinrichtung (7) den Stellantrieb (19) in Abhängigkeit von den Sensormeßwerten der Sensoranordnung (20) ansteuert und dabei zusammen mit dem Stellantrieb (19) und der Sensoranordnung (20) einen geschlossenen Regelkreis bildet.
  2. Werkstückspindelstock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (20) einen vorzugsweise berührungslosen Entfernungssensor (20a) aufweist und daß mittels der Sensoranordnung (20) die hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Erstreckung des eingespannten Werkstücks (8) meßbar ist, vorzugsweise, daß beim Ausrichten der Spanneinrichtung (7) die Meßrichtung des Entfernungssensors (20a) der Wirkrichtung des Stellantriebs (19) entgegengerichtet oder zu der Wirkrichtung des Stellantriebs (19) gleichgerichtet ist.
  3. Werkstückspindelstock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtsteuerung (21) vor dem Ausrichten der Spanneinrichtung (7) die Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) mittels der Sensoranordnung (20) ermittelt, vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) das eingespannte Werkstück (8) anschließend mittels des Spindelantriebs (9) derart positioniert, daß der Exzentrizitätsvektor – der senkrecht zur Spindelachse (15) ausgerichtete Vektor des Versatzes der Werkstückachse (17) gegenüber der Spindelachse (15) – der Wirkrichtung des Stellantriebs (19) entgegengerichtet ist, weiter vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) schließlich den Stellantrieb (19) ansteuert, bis von der Sensoranordnung (20) eine radiale Ausrichtbewegung des eingespannten Werkstücks (8) um den Betrag der zuvor ermittelten Exzentrizität gemessen wurde.
  4. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtsteuerung (21) zur Ermittlung der Exzentrizität des Werkstücks (8) mittels der Sensoranordnung (20) bei fester Sensorposition und bei fester Meßrichtung die hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Erstreckung des eingespannten Werkstücks (8) bei unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen – und damit Werkstückpositionen – mißt, vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) zur Ermittlung der Exzentrizität die hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Erstreckung des eingespannten Werkstücks (8) bei mindestens drei, vorzugsweise genau drei, unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen mißt, weiter vorzugsweise, daß die unterschiedlichen Meß-Spindelpositionen um 120° voneinander beabstandet sind.
  5. Werkstückspindelstock nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Sensoranordnung (20) die Lage vorbestimmter Merkmale des eingespannten Werkstücks (8) ermittelbar ist und daß die Ausrichtsteuerung (21) die Meß-Spindelpositionen in Abhängigkeit von der Lage der Merkmale bestimmt, vorzugsweise, daß die Sensoranordnung (20) hierfür zusätzlich einen Meßtaster (20b) aufweist, weiter vorzugsweise, daß der Meßtaster (20b) ferner der Ermittlung der axialen Erstreckung des Werkstücks (8) dient.
  6. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (20) in ihrer Position – Sensorposition – verstellbar ist, vorzugsweise, daß die Sensoranordnung (20) durch zumindest eine Vorschubachse der Werkzeugmaschine in ihrer Position verstellbar ist.
  7. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausrichtsteuerung (21) eine Datenbank (25) zugeordnet ist, daß die Datenbank (25) Geometriedaten des eingespannten Werkstücks (8) enthält und daß die Ausrichtsteuerung (21) die Messungen zur Ermittlung der Exzentrizität des eingespannten Werkstücks (8) in Abhängigkeit von den Geometriedaten des eingespannten Werkstücks (8) vornimmt, vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) die Positionierung des eingespannten Werkstücks (8) und ggf. der Sensoranordnung (20) bei der jeweiligen Messung in Abhängigkeit von den Geometriedaten des eingespannten Werkstücks (8) vornimmt.
  8. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtsteuerung (21) die Messung der Exzentrizität mittels der Sensoranordnung (20) an zumindest zwei axialen Positionen vornimmt, vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) bei der Ermittlung einer Winkligkeit der Werkstückachse (17) gegenüber der Spindelachse (15) eine Fehlerroutine durchläuft.
  9. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkrichtung (23) des Stellantriebs (19) eine hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Richtung ist, vorzugsweise, daß der Stellantrieb (19) zum Ausrichten der Spanneinrichtung (7) über ein Stellelement (26) eine hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Antriebskraft auf der einen Seite der Ausrichtschnittstelle (14) in die Spanneinrichtung (7) oder die Spindel (6) einleitet und über ein Stützelement (27) die entsprechende Stützkraft auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Ausrichtschnittstelle (14) in die Spanneinrichtung (7) oder die Spindel (6) einleitet, vorzugsweise, daß die Einleitung von Antriebskraft und Stützkraft in unmittelbarer Nähe zu der Ausrichtschnittstelle (14) erfolgt.
  10. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (19) ein Antriebsgehäuse (28) aufweist, daß das Antriebsgehäuse (28) mit dem Stützelement (27) verbunden ist, daß das Antriebsgehäuse (28) hinsichtlich der Spindelachse (15) radial verlagerbar ist und sich bei nicht betätigtem Stellantrieb (19) in einer Ruhestellung befindet, in der das Stützelement (27) außer Eingriff von der Spindel (6) und der Spanneinrichtung (7) steht, daß bei betätigtem Stellantrieb (19) das Stellelement (26) auf der einen Seite der Ausrichtschnittstelle (14) in kraftschlüssigen Eingriff mit der Spanneinrichtung (7) oder der Spindel (6) kommt und dadurch das Antriebsgehäuse (28) radial derart verlagert, daß das Stützelement (27) in entsprechenden kraftschlüssigen Eingriff auf der in axialer Richtung gegenüberliegenden Seite der Ausrichtschnittstelle (14) mit der Spanneinrichtung (7) oder der Spindel (6) kommt.
  11. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellantrieb (19) ein Keilgetriebe (30) aufweist, daß hierfür das Stellelement (26) eine Keilfläche (31) aufweist, die zu einer Keilfläche (32) eines Antriebskeils (33) korrespondiert, und daß eine lineare, vorzugsweise hinsichtlich der Spindelachse (15) koaxiale, Verstellung des Antriebskeils (33) eine korrespondierende, hinsichtlich der Spindelachse (15) radiale Verstellung des Stellelements (26) bewirkt, vorzugsweise, daß der Antriebskeil (33) durch eine Antriebsspindel (34) über eine Spindel-Spindelmutter Übersetzung (35) verstellbar ist.
  12. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schnittstellenantrieb (37) vorgesehen ist und daß die Ausrichtschnittstelle (14) mittels des Schnittstellenantriebs (37) motorisch lösbar und wieder festlegbar ist, vorzugsweise, daß die Ausrichtsteuerung (21) steuerungstechnisch mit dem Schnittstellenantrieb (37) gekoppelt ist und mittels des Schnittstellenantriebs (37) vor dem Ausrichten die Ausrichtschnittstelle (14) löst und nach dem Ausrichten festlegt.
  13. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtschnittstelle (14) einen spindelseitigen Flansch (38) und einen korrespondierenden werkstückseitigen Flansch (39) umfaßt, daß die beiden Flansche (38, 39) jeweils eine senkrecht zur Spindelachse (15) ausgerichtete Stirnfläche (40, 41) aufweisen und über ihre Stirnflächen (40, 41) kraftschlüssig miteinander in Eingriff stehen, daß die Stirnflächen (40, 41) der beiden Flansche (38, 39) bei festgelegter Ausrichtschnittstelle (14) mit einer Nenn-Vorspannkraft gegeneinander vorgespannt sind, vorzugsweise, daß der spindelseitige Flansch (38) am Spindelkopf (13) und der werkstückseitige Flansch (39) an der Spanneinrichtung (7) angeordnet ist.
  14. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (40, 41) der beiden Flansche (38, 39) bei gelöster Ausrichtschnittstelle (14) mit einer gegenüber der Nenn-Vorspannkraft reduzierten Ausricht-Vorspannkraft gegeneinander vorgespannt sind, vorzugsweise, daß die durch die Ausricht-Vorspannkraft bewirkte Reibkraft zwischen den Stirnflächen (40, 41) der beiden Flansche (38, 39) ausreicht, um eine selbsttätige, durch die Gewichtskraft der Spanneinrichtung (7) bewirkte Verschiebung zwischen den beiden Stirnflächen (40, 41) zu verhindern, vorzugsweise, daß die Nenn-Vorspannkraft etwa das drei- bis vierfache der Ausricht-Vorspannkraft beträgt.
  15. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (6) als Hohlspindel ausgestaltet ist, daß durch die Hohlspindel ein mit der Spanneinrichtung (7), insbesondere mit dem werkstückseitigen Flansch (38), gekuppeltes Zugrohr (44) verschiebbar geführt ist und daß vorzugsweise am Spindelende (45) eine Federanordnung (46) vorgesehen ist, die eine axiale Vorspannkraft zwischen der Spindel (6) und dem Zugrohr (44) und dadurch die Vorspannkraft zwischen den Stirnflächen (40, 41) des spindelseitigen und des werkstückseitigen Flanschs (38, 39) bewirkt, vorzugsweise, daß die Federanordnung (46) eine auf der Spindel (15) vorzugsweise am Spindelende (45) angeordnete Tellerfederanordnung (46) ist.
  16. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittstellenantrieb (37) zum Lösen der Ausrichtschnittstelle (14) eine axiale Antriebskraft in die Spindel (6) und die entsprechende Stützkraft in das Zugrohr (44) einleitet, vorzugsweise, daß der Schnitstellenantrieb (37) ein Antriebsgehäuse (49) und ein relativ zum Antriebsgehäuse (49) auslenkbares Antriebselement (50) aufweist und daß die Krafteinleitung von Antriebskraft und Stützkraft über das Antriebselement (50) und das Antriebsgehäuse (49) erfolgt.
  17. Werkstückspindelstock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgehäuse (49) aus einer Ruhestellung heraus axial verlagerbar ist und daß dadurch das Antriebsgehäuse (49) in kraftschlüssigen Eingriff mit der Spindel (6) bringbar ist, vorzugsweise, daß das Antriebsgehäuse (49) in die Ruhestellung, vorzugsweise gegen den Spindelkasten (10) vorgespannt ist, weiter vorzugsweise, daß das Antriebsgehäuse (49) drehfest mit dem Spindelkasten (10) gekoppelt ist.
  18. Werkstückspindelstock nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (50) des Schnittstellenantriebs (37) im nicht ausgelenkten Zustand außer Eingriff von der Spindel (6), der Federanordnung (46) und dem Zugrohr (44) steht, daß das Antriebselement (50) durch seine Auslenkung in kraftschlüssigen Eingriff mit dem Zugrohr (44) kommt und, abgestützt am Zugrohr (44), das Antriebsgehäuse (49) axial verlagert und in antriebstechnischen Eingriff mit der Spindel (6) bringt.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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